超音波聚焦的光學探針

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兩、三年以來的防疫生活，終於迎來全面 0+7 的這一天啦！返國之後不再需要隔離的一天來了，冰友們，你是不是已經收拾好心情、收拾好行李，在進行機＋酒的比價了呢？除了規劃好出國行程、找好景點與美食店家，想要讓自己不可或缺的網路生活也更加安全，一定要趁即將到來了感恩節黑五期間，把超優惠的 Surfshark VPN 服務買起來，為自己的網路生活加買最平安的保險！

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在疫情下，網購成為了更多人的日常。不僅各樣的在地購物節為網友帶來眾多優惠，全球化的購物活動，台灣當然也不會缺席！美國感恩節（Thanksgiving）都是 11 月第四個星期四，但是感恩節後的週五，便是聖誕節前的購物佳期啟動日，這一天通常都會業績超標（在收支表上呈現正向收入（顯示為黑色字體，而非赤字的紅色字體），各家的瘋狂優惠都會在黑五祭出！相信許多精打細算的朋友，對黑五購物節絕對不陌生（很可能還搶過很多優惠！！）

網購怎能漏掉「亞馬遜」！

雅虎奇摩之於台灣，就像是亞馬遜（Amazon.com）之於美國那麼的有名！絕對也是什麼都賣、什麼都不奇怪的最佳代表。

如果你平常就很喜愛一些美國品牌，趁著黑五的日子到亞馬遜清空購物車，覺對優惠不會讓你失望。這時候，透過 Surfshark 連線到亞馬遜美國站，絕對會顯示的價格絕對讓你眼睛為之一亮，這時候最新搭載 M2 晶片的 iPad Pro，獨家支援動態島顯示的 iPhone 14 Pro，絕對是最好入手的時機。除此之外，亞馬遜平台經典的 Kindle 閱讀器，也是超合適的禮物，送禮自用兩相宜啊！另外要特別留意，購買時可以確認商品有沒有幫忙送到台灣，如果還沒有，可以先跟美國的朋友確認一下，邀請他們回國時幫你一起帶回來！

跨國追劇最爽快

對於喜愛追劇的朋友，品味可能相當豐富且多元，畢竟欣賞優秀影視作品，不現語言，更是不限地區啊！只不過，若是你訂閱 Netflix 等跨國 OTT 服務，都會有各地不同的上架影視作品，可能會讓你無法在第一時間就能夠立即「追」到劇，讓你等得心癢癢！還好這一切只要連上 Surfshark VPN 都能解決，Surfshark 支援超過 100 國的 VPN 連線，無論你想看韓國、日本還是哪一國的最新戲劇，通通讓你一秒追到最新進度！

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出差大陸翻牆超方便

在過往出國、返國都需要隔離的階段，肯定讓不少工作上需要經常往返多國之間的朋友，感到生活驟變。所幸，在防疫政策解封之後，一切都可逐漸恢復正常。對於經常有需要到中國大陸出差的朋友，肯定都會感受到網路斷聯的不方便，因為無論是 LINE、Facebook Messenger、YouTube、Gmail 等你可很能天天都在使用的網路服務，大陸都無法使用。這還不打緊，連跟家人、朋友報平安也很不便。這時候 Surfshark 連上，就可以幫助你輕鬆「翻牆」，跟台灣親人網路無距離！

上網不留痕跡，不被追蹤最自由

對於一個人來說，最私密的資料之一，除了你的個資，就屬我們每天耗費大量時間逗留的網路。我們所在網路上留下的痕跡，絕對是超真實的自己，當然你不會期待這樣的自己被「搜尋引擎」、「網路廣告」公司了解得太透徹，好像你在網路上的一言一行，都被監視著。

．．０００0000\0；也可隱藏IP位置，避免被廣告商追蹤；更可以為你我阻擋惡意程式、釣魚軟體等，讓你防止被攻擊，以及被網路充斥的廣告打擾，好處多又多！

如果對於 Surfshark 還覺得不夠熟悉的話，不得不告訴大家，今年 Surfshark 榮獲第六屆 CyberSecurity Breakthrough 頒發的「VPN 年度最佳解決方案」（VPN Solution of the Year），也就是成為今年最推薦的 VPN 方案。CyberSecurity Breakthrough 是全球領先的獨立市場情報組織，致力於表揚當今全球資訊安全市場上的頂尖企業、技術和產品。有了他們「掛保證」，代表 Surfshark 絕對是品質、信譽都讓你安心的VPN 服務。

講了這麼多，是不是讓你感到很心動了。如果你原本就是網路重度使用者，用來上網的設備是樣樣都有，Surfshark 一個帳號就能支援所有設備，CP 值超高！趁著年度超狂黑五購物節的到來，送給你自己兩年安心無虞的網路生活，肯定是送自己的最好禮物！

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近年來，在新課綱推行之下，「素養」這個詞成為熱門關鍵字，「對我來說，素養就是面對世界的行為模式，在面臨問題時，一個人會抱著什麼樣的態度去解決問題。而科學素養就是『像科學家一樣思考』」LIS 科學情境教材（台灣線上教育發展協會）創辦人嚴天浩這麼說。

嚴天浩在大學時開始製作教學影片，最初的動機來自上大學後體會到城鄉差距、資源落差，想藉由線上教材擴大影響力，然而觀看次數卻不如預期。

2013 年起，嚴天浩和夥伴到台東，向「孩子的書屋」負責人陳爸（陳俊朗）請益，並長期蹲點接觸孩子，發現學生們面臨最大的問題不在於「學什麼」，而在於「為什麼要學」，因此意識到若要改變孩子的學習狀態，不能只是單方面灌輸「老師想教的」，而要從學生的需求出發，了解「孩子想學什麼」。

七年來，LIS 拍攝超過 100 支線上科學影片，包括將科學家的思想歷程、時代背景融入角色劇情的科學史，以及結合時事、生活情境的科學實驗，目前已經超過 250 萬觀看人次，也成為全台許多中小學的教材。

這次，LIS 歷時三年研發出一套科學實境解謎遊戲，不只在玩遊戲的過程中學科學，也引導孩子練習「像科學家一樣思考」。

什麼是「像科學家一樣思考」？

過去，我們在國中課本裡學到的科學方法「觀察、提出假說、進行實驗、得到結論」，然而許多學生能對步驟琅琅上口，卻不見得理解背後的邏輯。LIS 分析百位科學家的思考歷程以及參考教育學者的理論，設計出適合培養國小學生科學思維的「科學推理階梯」，共有四個步驟，包括「發現問題」、「聯想原因」、「大膽假設」、「實際驗證」。

嚴天浩坦言，對於國小的孩子來說，他認為最難的在於——第一步「發現問題」，這取決於孩子過去是否累積足夠的觀察經驗，因此，如何訓練孩子觀察是培養探究學習的重點。然而，在沒有老師的引導下，要怎麼讓孩子能聚焦在實驗的現象上，成為開發遊戲過程中的一大考驗，後來，團隊想出了運用 RPG 中的角色對話，設計句子讓玩家將注意力集中在現象上的差異，「當孩子觀察到的與他原本的認知有所不同，產生衝突時才會進而發現問題。」嚴天浩說。

有適當的引導，才能從問題中學習

在發現問題之後，還須激發玩家思索問題的意願，因此在遊戲中便成為一個個解謎關卡，玩家為了破關、練等會主動尋找答案，在玩完遊戲後得到的成就感，會讓孩子對科學產生動機，在未來有自信用這樣的方式去思考、面對問題。

嚴天浩說：「大學時我修過教育學的課，設計課程的第一步往往是『引起動機』，但我們認為應該從遊戲開始到結束的每一個動作，都需要一個『引起動機』，目前玩過這套遊戲的孩子有持續玩過兩個小時以上，玩得越久代表引起的學習動機越強烈。」

了解背後的意義才是學科學

然而，有時在做完實驗後，學生只會記得當時看到的實驗結果或現象，卻沒有把背後的邏輯和原理帶走，關於這部分，嚴天浩分享，「玩實驗」和「學科學」最大的差別在於，是否了解每個步驟的意義，如同以往「食譜式實驗」，照著課本一步一步做，卻不知道為什麼這麼做。

因此，他們把演示型實驗設計成遊戲，將探究歷程拆分成關卡，透過與 NPC 對話帶領玩家思考，並預想玩家可能卡關的地方，就像是在蓋房子時的鷹架，一層層建構、支持，逐漸將學習的責任放回孩子身上，傳統課堂中搭鷹架的角色可能是老師，而在這個遊戲裡，是精心設計過的關卡提示。

讀到這裡，或許你會想問，在探究式的學習中，真的能夠學會「像科學家一樣思考」嗎？

「我認為探究學習中，知識其實只是附帶的。」嚴天浩解釋：「我們想告訴孩子的是，科學家最厲害的並不是他成功發現了什麼，而是他在失敗了那麼多次之後，還是願意繼續努力。」

如果現在的台灣是二十年前教育的結果，那麼 LIS 正在改變的是二十年後的台灣，那時的每個人在面對問題時都能有邏輯地看待、抱著自信的態度去解決，這是 LIS 的憧憬，也是我們對於台灣未來世代的期盼。

• 科學實驗解謎遊戲 募資計畫｜https://bit.ly/3zqyXCR
• LIS情境科學教材 官網｜https://official.lis.org.tw
• LIS情境科學教材 FB｜https://www.facebook.com/Learningissharing
• LIS情境科學教材 YouTube｜https://goo.gl/WCtXjA

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《反演水深、判釋水稻田　福衛五號影像多元應用》
• 劉珈均｜泛科學

「透視」海底，用福五影像逆推東沙環礁水底地形

中央大學太空及遙測中心的副教授黃智遠、副教授任玄及副教授曾國欣選定東沙環礁，測試福衛五號影像反演水底地形的能力。成果顯示，在訓練資料品質佳的情況下，以福五影像建置水底地形的精度與超高解析度衛星影像的成果相當，可協助內政部產製電子航行圖、環境監測、生物棲地研究等。 

傳統常以船隻搭載聲納，或飛機搭載光達的方式量測水深，這兩種方式皆須現地量測，精度高，但成本也高，且淺海與爭議水區的量測會受限。多光譜光學衛星影像能穿透約 20 公尺深的潔淨水體，成為廣泛調查淺水域的潛力方式。

要以衛星光譜影像反演水深，仍需收集訓練資料（例如地形的現地量測資訊）當作「教材」，讓電腦建立正確的模式參數。「沒有太多人為擾動影響、卻又要有高品質的訓練資料 ，同時符合這兩個條件的就選東沙環礁了！」東沙環礁有精密的光達測深資料，還有海水潔淨、淺水域面積廣大等優點。

此項技術的訓練方式是，輸入衛星影像各波段數值（主要為透水較佳的綠光波段）及其對應的實際水深訓練網路，網路模式訓練完成之後，輸入目標區域的衛星影像數值，就能推算出每個像素對應的水深資訊。

為了衡量福五影像的表現，團隊也拿超高解析度商用衛星 WorldView2 的影像反演水深，比較兩者成果。福五反演的水深成果精度達 1.62 公尺，雖略遜於 WorldView2 的 1.26 公尺，但相差不遠。

黃智遠解釋，相較於房屋、橋梁等地物地貌，水下自然地形的局部變化通常較小，所以對於衛星影像空間解析度的要求也較低。在反演水深的應用上，使用福五或超高解析度衛星的差異不大，福五反演僅局部區域比實際地形略深。

光譜反演的挑戰在於訓練資料蒐集困難，不過，透過衛星影像產製水深還有另一種稱為「立體對測量」的方法。福衛五號可以對地「立體取像」——人的視覺因左右眼視角差異而能感知立體，資料也能整合不同角度的衛星影像產生視差，萃取出目標物的數值地形模型，再以此當作訓練資料，進行模式訓練、反演水底地形。

過去團隊與內政部合作，在東海南海的許多島礁進行水深反演，已累積起一套決策樹，考量目標區域具備的資料庫、資料品質、成本等，可為不同地區挑選、整合不同的水深產製方式。

雙衛星搭檔，提高水稻田判釋精度！

水稻田分佈判釋是行政院農委會農糧署年度重要工作項目，農糧署與臺灣大學理學院空間資訊研究中心教授朱子豪、遙測及資料加值組組長張家豪合作，以福衛五號影像結合合成孔徑雷達衛星影像判釋水稻田，正確性達 92%，大幅提高偵測精度。 

由於雲林有充足的基礎資料可供驗證與訓練模型，研究團隊選定雲林做為研究區域，試驗福五的影像用在水稻田判釋可達多少能力。 

團隊使用福衛五號影像，搭配 22 組歐洲太空總署合成孔徑雷達衛星「Sentinel-1」的開放資料，並試驗了三種方法：僅使用福五（光學）影像、僅用雷達影像、兩者相互搭配。結果顯示，整合兩者的效果最好，判釋正確性最高可達到 92%，高於單用光學或雷達影像的 90%、80%。

「光學衛星最大的限制就是雲！」雲會遮擋目標、影響判釋，而農作物判釋的取像時機又相當關鍵，取像時有雲就沒輒了；合成孔徑雷達衛星會主動發射微波到地面再接收反射波，可穿透雲層，不受雲覆與日照影響，可補強不同時期影像，取得水稻田從插秧、成長、結穗的時序變化資訊。

本研究的突破在於，只用了單一分類器全自動判別的條件下，偵測精度大幅提升，更是首度只用一個時間點、單張光學影像就達到了。團隊對此也相當興奮，「可能因為福五當時在 11 月取像，剛好是水稻結穗時，影像特徵與其他作物差異較大。」張家豪解釋。 

推測了面積，可以進一步推估產量嗎？「一公頃稻作能收成 1,000 公斤或 4,000 公斤，有太多因素影響了。」朱子豪說。溫度、溼度、施肥、天災、病蟲害等都會影響收成，此類研究在平遂的情況下可大致估產，尚難達成精確估產。

掌握物候特徵是判釋關鍵

未來若要擴大範圍，判釋全國水稻田面積，由於各地農民栽種時序、田間管理多變，如何選擇適合的取像時間會是一大挑戰；若要擴展到判釋其他作物，則得視其生長特徵進行更多的分析比對。

張家豪舉例，判別柑橘類的常年果樹、葉菜類極困難，果樹在光學影像上看起永遠是綠色一片，也無足夠的栽種方式差異、生長週期特徵和其他特性可區辨；檳榔、椰子、香蕉從空中看都是放射狀葉片，雖可參考栽種密度與高度，但影像的空間解析度也得提高至 60 公分才能精確判別；蔥、蒜皆屬旱作，需要空間解析度優於 60 公分的影像，搭配如地區性栽種時序、田埂排列鮮明的地表特徵，有機會判釋成功，「但要是田裡混作個青江菜，就分不出來了。」

梅樹是另個成功案例，它在 12 月下旬會落葉，隔年 2 月開花長葉結果。團隊曾執行判釋南投水里梅樹的研究，標定幾個時間取像，「若有某個區域在十月是綠葉、入冬出現裸露地特徵、然後變得白白的（開花）、四月又出現綠葉，那就很可能是梅樹！」但李子與梅樹的影像呈現類似，生長期也相近，要是沒在生長期重疊前順利取像，就會混淆兩者。

以衛星影像判釋作物不光是直白的「看照片」或分析光譜，掌握作物的「物候特徵」才是關鍵。